頭戴型跌倒偵測系統

一、研究目標

近年來老年化社會是當前全球先進國家面臨之重要議題,因此政府推動「在地老化」以減輕照護者壓力並減少因高齡化帶來的醫療支出,然而長照相關人力及資源嚴重不足,造成泛亞健康族群日常生活暴露在意外風險之中,其中跌倒事件在所有危害病人的安全通報數量中高居第二。因此針對跌倒事件的偵測、預判等議題,本團隊利用慣性感測器開發頭戴型動作偵測系統,此系統能即時擷取人體姿態訊號,並藉由人工智慧演算法辨識使用者目前姿態的概況,並在跌倒事件發生後給予及時的辨識與警訊的提醒,此外此系統亦可針對步態資訊進行分析,以建立平衡能力評估與跌倒事件的預測。此研究不僅能即時判斷跌倒事件而減少傷害後遺症的影響,更能偵測年長者之步態且評估跌倒之可能性,再搭配醫師在復健動作與生活習慣之建議,將能有效改善高齡者與泛亞健康族群老年生活品質。

二、研究內容
頭戴型跌倒偵測裝置
1. 裝置設計:

為了方便穿戴且能量測頭部動態資訊,此研究將裝置設計成眼鏡之形狀,且此裝置包含一8位元的微處理器、16位元的三軸加速度器與陀螺儀、12位元的陀螺儀和一Wi-Fi模組,所有元件將集成於一8.5 mm × 140 mm 眼鏡型的印刷電路板上。

頭戴式跌倒感測裝置雛形

2. 數據分析與演算開發:

由於此裝置配戴在頭上,在日常活動中運動不會發生顯著變化,因此此裝置可以透過跌倒時裝置之均方根加速度、俯仰角和滾動角的變化,配合閾值法進行比較且判斷是否發生跌倒。然而在頭部角度估計上精準度會因感測器本身之誤差而有所影響,為了消除誤差和估計校準角度,利用加速度計和磁力計的數據及Madgwick 濾波器來校正陀螺儀的漂移,研究成果顯示本裝置辨識跌倒的精確度能達到97.75%,不僅降低誤報率,辨識度上也相當精確。此外,為了研究來自頭部的慣性傳感器信號與步行平衡能力之間的相關性,本研究構建了一個基於深度學習神經網絡的模型,並對具有跌倒風險的步行平衡狀態進行分類。

方均根加速度值、俯仰角與滾動角再跌倒事件時的變化與頭戴型跌倒偵測系統的偵測成果